2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
Od antičkih vremena, različite supstance sa posebnim karakteristikama i od velikog praktičnog interesa danas su poznate kao kiseline i baze.
Kiseline i baze su veoma česti hemijski reagensi i veliki deo njihove hemije se odvija u vodenim medijima. Reakcije u kojima ove vrste učestvuju nazivaju se kiselinsko-bazne reakcije, a njihovo proučavanje zahtijeva primjenu principa kemijske ravnoteže na otopine. U ovim reakcijama rastvarač igra veoma važnu ulogu, jer kiseline i baze sa njim razmenjuju protone, zbog čega se nazivaju i reakcije prenosa protona.
Od kraja 18. vijeka pokušava se pronaći veza između svojstava kiselina i baza, kao i njihovog hemijskog sastava. Francuz Lavoisier je 1787. godine branio da je kiseonik bitan element u sastavu kiselina; otuda i naziv samog elementa, kiseonik, "tvorac kiseline", koji je sam Lavoisier predložio za ovaj element. Godine 1810. engleski H. Davy, izjavio je da je vodonik takođe osnovna komponenta kiselina.
Ubrzo kasnije, uočeno je da su baze, supstance sa svojstvima očigledno suprotnim kiselinama, neutralisale svoje dejstvo formiranjem soli.
Između kraja 19. veka i početka 20. veka, formulisane su velike teorijeo ponašanju i prirodi kiselina i baza; ovo su Arrheniusove teorije, Brönsted-Lowry i Lewis.
Arrheniusova teorija
Švedski hemičar, Svante Arrhenius, 1884. godine, predstavio je svoju teoriju ionske disocijacije, koja kaže da mnoge supstance koje se nalaze u vodenom rastvoru podležu raspadu ili disocijaciji na pozitivne i negativne joni. Na ovaj način, soli kao što su kalcijum bromid ili cezijev sulfat, disociraju na sljedeći način:
CaBr2 → Ca 2+ + 2 Br –
CS 2 SO 4 → 2 Cs + + SO4 2-
Ove jonske disocijacije, poznate i kao elektrolitičke disocijacije, pokazuju električnu provodljivost vodenih rastvora mnogih supstanci poznatih kao elektroliti.
U ovoj teoriji Arrhenius je definisao kiseline i baze kao:
Kisela: je svaka supstanca koja se u vodenom rastvoru disocira stvaranjem vodikovih jona, H+
Baza: bilo koja supstanca koja se u vodenom rastvoru disocira sa stvaranjem hidroksidnih jona, OH-
Prema teoriji, reakcije kiselo-bazne neutralizacije odvijaju se kada kiselina potpuno reaguje sa bazom, stvarajući so plus vodu. Stoga se zaključuje da se reakcija neutralizacije sastoji od kombinacije iona H+ kiseline, sa OH- jonom baze kako bi se proizvela nedisocirana H2O.
Arrheniusova teorija, iako je veliki napredak, ima sjajne rezultateograničenja, jer uvelike reducira koncepte kiseline i baze.
Brönsted-Lowry teorija
Godine 1923, J. N. Brönsted i T. M. Lowry, odvojeno, ali gotovo istovremeno, predložio je teoriju o kiselinama i bazama koja je značajno proširila koncepte koje je ranije izložio Arrhenius.
Prema njegovom prijedlogu, supstanca se ponašala kao kiselina kada je odustala od protona i kao baza kada je prihvatila protone. Sklonost ka prenošenju protona bila je ono što je karakterisalo kiseline, dok je sklonost ka njihovom prihvatanju bila karakteristična za baze prema ovoj teoriji.
Ideje kiseline i baze su komplementarne. Kiseline će kao takve, kao donori protona, djelovati samo ako postoje neke supstance sposobne da ih prihvate, odnosno baza. Isto tako, baze mogu prihvatiti samo neke protone ako postoje kiseline da im prenesu neke protone.
Tako će, na primjer, u vodenoj otopini dušične kiseline, HNO3, djelovati kao kiselina, a baza će biti voda, budući da dušična kiselina ionizira, dajući proton vodi:
HNO3 (aq) + H2O (l) → H3O+ (aq) (hidronijum jon) + NO3- (aq)
Kiselinsko-bazne reakcije se mogu smatrati ravnotežama, u kojima formirane supstance također mogu prenositi H+ između sebe. Općenito, ako kiselo-baznu reakciju izrazimo kao ravnotežu, imamo:
kiselina + baza ↔ konjugirana kiselina baze + konjugirana baza kiseline
Biti konjugirana kiselinabaza, ona nastala kada baza dobije H+, a konjugirana baza kiseline, je baza nastala kada kiselina odustane od H+.
Dakle, konjugirani par se sastoji od kiseline i njene konjugirane baze, ili obrnuto.
Ove kiselinsko-bazne reakcije su ono što se u teoriji Brönsted-Lowryja naziva reakcijama neutralizacije.
Teorija Brönsted-Lowryja ima mnoga poboljšanja u odnosu na Arrheniusovu teoriju, budući da Brönsted-Lowryjeve definicije kiselinskih baza nisu ograničene na vodene otopine i važe za bilo koje rastvarače, budući da ima puno tvari s kiselim i bazičnim ponašanjem u nedostatku vode su poznati. Također, iako se definicije u obje teorije acidobaznog koncepta mogu smatrati gotovo analognim, Brönstedove i Lowryjeve definicije za baze nam omogućavaju da uključimo supstance koje nisu bile baze za Arrheniusa, kao što su: NH3, S2-, HCO3 -, CH3HN2, itd.
Lewis
Gilbert Lewis je 1938. proširio koncept acidobaze koji je predložio Brönsted-Lowry, što iako je bilo prihvatljivo, bilo je jedinjenja koja nisu odgovarala pretpostavkama te teorije.
Na ovaj način, Lewis je proširio koncept kiseline i baze na pojmove elektronske strukture.
Njegova teorija smatra da su svi atomi, molekuli ili ioni koji mogu prihvatiti par elektrona kiseli, a baza bi bila svaka hemijska vrsta koja je sposobna donirati par elektrona. Dakle, H+ se smatra "Lewisovom kiselinom" jer ima elektronski prostor u svojoj strukturi koji je sposoban zaprihvatiti par elektrona.
Slično, amonijak bi bio "Lewisova baza", pošto valentna ljuska dušika ima nepodijeljeni par elektrona.
Za Lewisa, reakcija neutralizacije je proces u kojem supstanca sa elektronskim prostorom (kao što je atom bora u BF3), prihvata par elektrona iz Lewisove baze, kao što može biti slučaj amonijaka:
BF3 +:NH3 → F3B ←:NH3
Teorije kiselina i baza su odličan primjer napretka znanja, gdje se rađaju nove teorije da poboljšaju prethodne, kada prestanu da objašnjavaju sve poznate činjenice.
